NL8204656A - Werkwijze voor de bereiding van superbasische oppervlakte-aktieve stoffen voor smeermiddelsamenstellingen. - Google Patents

Description

823223/vdV/kd

Korte aanduiding: Werkwijze voor de bereiding van super- basische oppervlakte-aktieve stoffen voor smeermiddelsamenstellingen.

In smeermiddelsamenstellingen voor inwendige verbrandingsmotoren worden in het algemeen oppervlakte-aktieve toevoegsels opgenomen om de vorming te voorkomen van ongewenste afzettingen, zoals lakken of koolstof, in de leidingen 5 en segmenten (zuigerringen) die de motor kunnen beschadigen.

In het algemeen worden benzeensulfonaten of sulfo-fenaten gebruikt die alkyl gesubstitueerd zijn en omgezet in een zout door middel van alkalimetalen of aardalkalimetalen. Tijdens de werking van de motor worden ongewenste zure orga-10 nische en anorganische stoffen gevormd (HNO^, H2S04' RCOOH en dergelijke) die ofwel afkomstig zijn van de gedeeltelijke verbranding van de brandstof of van de oxydatie van een smeermiddel en deze moeten geneutraliseerd worden om hun corrosieve werking op de metalen onderdelen te voorkomen.

15 Dit wordt bereikt door in de smeermiddelsamenstel- ling een sterke anorganische base op te nemen.

Meestal bereikt men dit door het oppervlakte-aktieve toevoegsel te onderwerpen aan een werkwijze om dit oppervlakte-aktieve toevoegsel superbasisch te maken.

20 Deze werkwijze omvat in wezen het bereiden van een suspensie van een oxyde {of een hydroxyde) van een alkali-metaal of een aardalkalimetaal in het oppervlakte-aktieve toevoegsel (zouten van alkylbenzeensulfonzuren of zouten van alkylfenolen) in tegenwoordigheid van water, een alcohol of, 25 desgewenst een koolwaterstofoplosmiddel.

Kooldioxyde wordt daarna ingeleid om het desbetreffende oxyde of hydroxyde om te zetten in zijn overeenkomstig carbonaat. Water, alcoholen en oplosmiddel, indien aanwezig, worden tenslotte verwijderd, zodat een stabiele colloidale 30 dispersie van het anorganisch carbonaat in de oppervlakte-aktieve stof verkregen wordt.

Het doel van de onderhavige uitvinding is niet het bereiden van een carbonaat uit een oxyde of een hydroxyde en kooldioxyde, doch het verkrijgen van een stabiele colloidale 35 dispersie in het toevoegsel, welke dispersie oplosbaar is in 8204656 - 2 - smeermiddelbasesamenstel1ingen.

Het bereiken van dit doel is geen gemakkelijke opgave, daar bij het uitvoeren van de werkwijze zonder alle noodzakelijke toevoegsels, coagulatie van het colloid kan optreden 5 gepaard gaande met gelvorming.

In vele octrooischriften zijn verbeteringen beschreven van de eigenschappen van de produkten verkregen door middel van een dergelijke werkwijze hetzij deze uitgevo^rd wordt in tegenwoordigheid van stoffen die gedefinieerd/als promotors 10 zoals methanol (Amerikaans octrooischrift 3.956.018), ethy-leenglycol (Amerikaans octrooischrift 2.680.096 en 2.680.097), hogere alcoholen (Amerikaans octrooischrift 3.178.368) of copromotors zoals aminen (Amerikaans octrooischrift 2.924.617) organische zuren (Amerikaans octrooischrift 3.928.216) of 15 co-oplosmiddelenjzoals chloorbenzeen,of aromatische en alifa-tische koolwaterstoffen.

In andere octrooischriften zijn verbeteringen beschreven van de eigenschappen van de superbasische produkten (oplosbaarheid in oliën, lage viscositeit, filtreerbaarheid) 20 op basis bijvoorbeeld van te gebruiken magnesium of calcium-oxyden: magnesiumoxyde van handelskwaliteit (Amerikaans octrooischrift 3.865.737), magnesiumoxyde van grote werkzaamheid (Amerikaans octrooischrift 4.192.758), licht magnesiumoxyde (Amerikaans octrooischrift 3.629.109), zwaar magnesium-25 oxyde (Amerikaans octrooischrift 3.928.216) calciumoxyde met een matige reaktiviteit ten opzichte van water (Amerikaans octrooischrift 4.086.170).

Gevonden is nu dat superbasische oppervlakte ak-tieve stoffen bereid kunnen worden zonder gebruik te maken 30 van promotors, copromotors, co-oplosmiddelen en onafhankelijk van het soort gebruikte oxyde of hydroxyde, door de werkwijze voor het superbasisch maken van de oppervlakte-aktieve stof, benzeensulfonaat en/of benzeensulfofenaat, uit te voeren met een oxyde of een hydroxyde van een alkalimetaal of een aard-35 alkalimetaal in tegenwoordigheid van een koolzuurester, bij voorkeur een alkylester, en meer in het bijzonder dimethyl-carbonaat.

De werkwijze volgens de onderhavige uitvinding 8204656 - 3 - ψ--- .

.......

verschaft, onder toepassing van een reaktiemiddel dat duurder is dan kooldioxyde, de volgende belangrijke voordelen ten opzichte van de in de literatuur beschreven werkwijzen.

Daar de reaktie buitengewoon selektief is, kan men, 5 door het anorganisch carbonaat te vormen in een zodanige vorm dat het volledig opgelost wordt in de organische fase, de hoeveelheid koolzuurester en die van het oxyde of hydroxyde van een alkalimetaal of aardalkalimetaal beperken tot de hoeveelheid die absoluut noodzakelijk is om de gewenste graad 10 van superbasisiteit in het toevoegsel te verkrijgen. Deze omstandigheid leidt ook tot een drastische vermindering van het anorganische vaste residu dat door filtreren of centrigu-geren uit het eindprodukt verwijderd moet worden.

Het wordt mogelijk om af te zien van het gebruik 15 van promotors, copromotors, oplosmiddelen onder een aanzienlijke besparing en een beter gebruik van de potentiële pro-duktie van de installatie, terwijl men ook af kan zien van het terugwinnen van dergelijke stoffen door destillatie na beëindiging van de reaktie.

20 Daar in het algemeen lage temperaturen en korte tijden toegepast worden, wordt bovendien een aanzienlijke energiebesparing verkregen.

Het is mogelijk om superbasische en hyperbasische en oppervlakte-aktieve stoffen te verkrijgen, uitgaande van 25 alkylbenzeensulfonzuren en/of van alkyl sulfofenolen door middel van één enkele trap zonder wijziging van de werkomstandigheden van de installatie die in overeenstemming is met de aan de installatie toegevoerde produkten.

Produkten met de gewenste basisiteitsgraad kunnen 30 verkregen worden zonder rekening te houden met problemen zoals filtratie, oplosbaarheid en viscositeit van het uiteindelijke toevoegsel.

Elk type oxyde of hydroxyde van alkalimetalen of aardalkalimetalen kan gebruikt worden.

35 Na beëindiging van de reaktie wordt de alcohol, waarvan de koolzuurester een derivaat is, kwantitatief teruggewonnen.

8204656 m - 4 -

De werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt in het algemeen uitgevoerd in twee trappen, doch men kan deze ook desgewenst met voordeel uitvoeren in één enkele trap.

5 Het benzeensulfonzuur, of de alkyl gesubstitueerde sulfofenol wordt in het algemeen verdund in een minerale olie en omgezet in een neutraal zout door hieraan een oxyde of een hydroxyde van een alkalimetaal of een aardalkalimetaal toe te voegen, en 2 tot 10 gew.% methanol met betrekking tot het 10 toevoegsel, waarbij het reaktiemengsel verhit wordt tot 80 tot 90°C tot het zuur volledig omgezet is in een zout, waarna methanol en het bij de zoutvorming ontstane water afgedestilleerd wordt.

De neutrale zouten, dat wil zeggen, benzeensulfona-15 ten en/of sulfofenaten worden superbasisch gemaakt door hieraan een hoeveelheid toe te voegen van een oxyde of een hydroxyde van een alkalimetaal of een aardalkalimetaal en di-alkylcarbonaat in equimolaire hoeveelheden om in het uiteindelijke toevoegsel de gewenste superbasisiteitsgraad te verkrij-20 gen, het mengsel wordt verhit tot 70°C onder toevoegen van kleine hoeveelheden water van 0,1 tot 10% met betrekking tot het dimethylcarbonaat. Tenslotte wordt de alcohol waarvan de koolzuurester een derivaat is, afgedestilleerd waarbij men, door filtratie, het gewenste produkt verkrijgt.

25 Desgewenst kan men ook afzien van het afdestilleren in de zoutvormingstrap van methanol en water om op deze wijze de noodzaak van het toevoegen van water tijdens de trap van het superbasisch maken te vermijden.

Alle werkomstandigheden zullen duidelijk blijken 30 uit de navolgende voorbeelden die echter de uitvinding op geen enkele wijze beperken.

VOORBEELD I

Een glazen reaktor wordt gevuld met 500 g alkyl-benzeensulfonzuur met een molecuulgewicht van 350 en een zuur 35 percentage van 70%, 500 g van een paraffinische minerale olie met een viscositeit van 5,5 cSt bij 100°C en 55 g calciumhydroxyde met 100 ml methanol.

Het mengsel wordt geroerd terwijl de temperatuur 8204656 m* .....................

' - 5 - spontaan stijgt. Na 15 minuten wordt het mengsel tot 65°C verhit onder koken van de methanol onder terugvloeikoeling, welke omstandigheden 30 minuten aangehouden worden. Door de temperatuur geleidelijk tot 120°C te verhogen, worden metha-5 nol en het bij de zoutvorming gevormde water afgedestilleerd.

De inhoud van het reaktor wordt afgekoeld tot 70°C en 260 g calciumhydroxyde, 315 g dimethylcarbonaat en 3 ml water toegevoegd. Na 5 minuten wordt een grote terugvloeiing van methanol in de condensor waargenomen. De temperatuur van 70°C wordt 10 onder deze omstandigheden 30 minuten gehandhaafd. Vervolgens wordt methanol afgedestilleerd en de laatste sporen methanol verdreven door verhitten tot 100°C en inleiden van een luchtstroom in de reaktor gedurende 15 minuten. Men wint 215 g methanol. Het produkt wordt gefiltreerd na toevoegen van 20 15 g van een toevoegsel. Verkregen wordt 1250 g van een produkt dat bij infrarood analyse de karakteristieke band toont,welke samenhangt met het superbasfche karakter, bij 860 cm * en bezit een TBN (totaal base getal) van 360 mg KOH/g.

VOORBEELD II

20 In een glazen reaktor wordt 500 g dodecylsulfofenol verkregen door in een molaire verhouding van 2 op 1 dodecyl- fenol te laten reageren met zwavelmonochloride, 500 g van een paraffinische minerale olie met een viscositeit van 5,5 cSt bij 100°C, 230 g gebluste kalk en 100 ml methanol gebracht.

de 25 Het mengsel wordt onder roeren verhit tot 68°C waardooi/methanol 60 minuten gekookt wordt onder terugvloeikoeling. Ma beëindiging van de in de reaktor optredende zoutvorming, wordt aan de reaktor die ook het bij de zoutvorming gevormde water bevat, via een toevoertrechter in 30 minuten 200 g dimethyl-30 carbonaat toegevoegd.

Tijdens de gehele toevoer wordt de temperatuur op 68°C gehouden onder gelijktijdig afdestilleren van de gevormde methanol. De temperatuur wordt vervolgens op 120°C gebracht om het bij de zoutvorming gevormde water en de laatste sporen 35 methanol te verwijderen. Toegevoegd wordt 20 g van een toevoegsel en het mengsel wordt gefiltreerd. Men verkrijgt 1100 g van een produkt met een viscositeit van 170 cSt bij 100°C

8204656 φ m - 6 - en een TBN (totaal base getal) van 250 mg KOH/g.

VOORBEELD III

In een glazen reaktor brengt men 500 g dodecyl-sulfofenol verkregen door sulfureren/doüecylfenol met zwavel 5 in een molaire verhouding van 1:1 in tegenwoordigheid van 3% natrium hydroxyde, 500 g van een paraffinische minerale olie met een viscositeit van 5,5 cSt bij 100°C, 50 g calcium-oxyde en 100 ml methanol. Het mengsel wordt 60 minuten op 68°C verhit en na beëindiging van de zoutvorming worden 10 methanol en het bij de zoutvorming ontstane water afgedestilleerd door het mengsel geleidelijk te verhitten tot 120°C.

Het mengsel wordt vervolgens afgekoeld tot 60°C, en 130 g calciumoxyde, 210 g dimethylcarbonaat en 10 ml water toegevoegd. Het mengsel wordt verhit op 68°C en de afgedestilleer-15 de methanol verzameld in 30 minuten, men verkrijgt in totaal 145 g methanol. De temperatuur wordt verhoogd tot 100°C om de methanol volledig te verwijderen. Toegevoegd wordt 20 g van een toevoegsel en het mengsel wordt gefiltreerd. Men verkrijgt 1090 g van een produkt met een viscositeit van 150 20 cSt bij 100°C en een TBN (totaal base getal) van 257 mg KOH/g. VOORBEELD IV

In een glazen reaktor brengt men 500 g alkylbenzeen-sulfonzuur met een molecuulgewicht van 350 en een zuur percentage van 70%, 500 g van een minerale paraffinische olie 25 met een viscositeit van 5,5 cSt bij 100°C, 40 g natriumhy-droxyde en 100 ml methanol. Het mengsel wordt geroerd terwijl. de temperatuur spontaan stijgt tot 50°C.

Na 15 minuten wordt het mengsel verhit tot 65°C onder terugvloeikoeling van methanol en deze omstandigheden 30 worden 30 minuten aangehouden. Door de temperatuur geleidelijk te verhogen tot 120°C worden zowel methanol als het bij de zoutvorming gevormde water afgedestilleerd.

De inhoud van de reaktor wordt afgekoeld tot 70°C en men voegt 200 g natriumhydroxydevlokken, 300 g dimethyl-35 carbonaat en 1 ml water toe.

Methanol wordt bij het begin afgedestilleerd en uit de reaktor verwijderd. De destillatie wordt 60 minuten voortgezet, waarbij men de temperatuur op 70°c houdt. Het 8204656 * ------ -------------- -...-. ~*JLJ· .......................... . . ..... .... 7''Ji - 7 - produkt wordt gefiltreerd na toevoegen van 20 g van het toevoegsel.

Men verkrijgt 1200 g van een produkt dat de karakteristieke infrarood>band bij 860 cm * toont, en een 5 TBN (totaal base getal) van 200 mg KOH/g en een viscositeit van 31,4 cSt bij 100°C bezit.

10 15 8204656

Claims (4)

1. Werkwijze voor de bereiding van superbasische oppervlakte-aktieve stoffen uit sulfonaten en/of sulfofena-ten, met het kenmerk, dat men de laatstgenoemde laat reageren met een hydroxyde en/of een oxyde van een 5 alkalimetaal en/of aardalkalimetaal in tegenwoordigheid van een koolzuurester.

2. Werkwijze volgens conclusie l,met het kenmerk, dat de koolzuurester bij voorkeur dimethyl-carbonaat is.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2,met het kenmerk, dat men de reaktie uitvoert in tegenwoordigheid van een smeerolie.

4. Smeermiddelensamenstelling, met het kenmerk, dat deze een volgens conclusie 1-3 bereid super-basisch oppervlakte-aktieve stof bevat. 8204656